Основы Экологии

            Концентрация парниковых газов будет продолжать увеличиваться. Поэтому всем странам необходимо в той или иной степени готовиться к приспособлению к неизбежным изменениям климата.

• Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

             Озоновая защитная оболочка очень невелика, если сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна. Уменьшение «толщины» озонового слоя приводит к изменению (увеличению) количества ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего поверхности Земли, нарушению теплового баланса планеты. Изменение интенсивности солнечного излучения заметно влияет на биологические процессы, что в конце концов может привести к критическим ситуациям. С увеличением доли ультрафиолетовой составляющей в излучении, доходящем до поверхности планеты, связывают рост числа раковых заболеваний кожи у людей и животных. У человека это три вида быстротекущих раковых заболеваний: меланома и две карценомы.

            Известно, что Солнце производит в одну секунду 5-6 т озона. Но процесс его разрушения идет быстрее.

            Природной причиной разрушения  озонового слоя из-за поступления  в стратосферу атомарного хлора  является хлорметан (СН₃С1) - продукт жизнедеятельности организмов в океане и лесных пожаров на суше.

• В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удостоены ученые - химики догадка которых состоит в том, что разрушителями озона являлись синтезированные человеком химические вещества, получившие название хлорфторуглероды (ХФУ).

            Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров (включая карантинную обработку некоторых продуктов, предназначенных для международной торговли), применяется в качестве добавки к автомобильному топливу.

  Из бромистого метила высвобождается бром, который в 30-60 раз разрушительнее для озона, чем хлор. Другие химические соединения, разрушающие озоновый слой, используются в баллонах для тушения пожара, при изготовлении полистироловых стаканчиков и современных упаковок для фасовки продуктов и полуфабрикатов.

            Согласно оценкам экспертов Всемирной метеорологической организации, при уровне поступления в атмосферу фреонов, имевшемся в начале 90-х годов, концентрация озона в стратосфере через 15-20 лет должна уменьшиться на 17%, после чего стабилизироваться. При этом климат у поверхности Земли должен измениться незначительно, а уровень ультрафиолетового излучения - возрасти на треть.

Хлорфторуглероды являются очень стабильными веществами. Время их существования в атмосфере велико: многие десятилетия.

• Достоверно установлено, что в результате деятельности человека в атмосфере появился значительный избыток соединений азота и галогено-углеродов.          

 С развитием промышленности  и транспорта началось увеличение содержания озона в нижних слоях атмосферы, его поступает больше чем концентрация озона по сравнению с поступлением его из стратосферы в процессе глобальной циркуляции атмосферы.

            Источником озона является оборудование, искрящее и генерирующее жесткое  излучение: электросварочные аппараты, контактные устройства электропоездов, ксерокопировальные аппараты и т. п. Озон не только сильно токсичен, но и обладает свойством мутагенности. Часть озона в тропосфере образуется в результате сложной последовательности реакций в условиях фотохимического смога.

Озон образуется также  в результате окисления метана (и  других органических веществ).

Присутствие озона в воздухе  создает серьезные негативные проблемы, ибо он (активнейший окислитель, используемый человеком для дезинфекции) разрушает некоторые молекулы, играющие большую роль в биологических  процессах, ослабляет иммунную систему человека и поражает легочную ткань.

            Оксиды азота антропогенного  происхождения образуются из  азота и кислорода воздуха  при высоких температурах  в  присутствии катализаторов, в  качестве которых выступают различные  металлы. Такие условия складываются при сжигании топлив. Наиболее подходящие условия для образования оксидов азота имеются в современных двигателях, в том числе у воздушных судов.

            Кроме того, зона стратосферы, где находится озоновый слой, подвергается воздействию ракетной техники.

Запуск  мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора - миллионов гектаров леса - пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в быту - главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли.

Разрушение  озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых  негативных воздействий на человека и живую природу.

Прорыв  через «озоновые дыры» солнечных  рентгено - и ультрафиолетовых лучей, увеличивает число мощных лесных пожаров.

• С момента подписания Монреальского протокола осуществлялось широкое международное сотрудничество по охране озонового слоя Земли. Остановлен рост содержания в атмосфере озоноразрушающих веществ. К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекратили производство фреонов, а также разрушающих озон галлонов и тетрахлорида углерода. Развивающиеся страны сделают это только к 2010 г.

            К сожалению, расчеты показывают, что даже при успешном выполнении принятого графика реализации достигнутых соглашений содержание хлора в атмосфере вернется к уровню 1986 г. только лишь в 2030 г. 

Причина этого - миграция фреонов, уже попавших в атмосферу из ее нижних слоев в более высокие  и большое время их «жизни»  в природных условиях, но ученые полагают, что уже в ближайшие годы начнется восстановление озонового слоя.

• Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит. Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их жертвами.

            При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута) в составе выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. Особенно насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в слабый раствор кислот.

Окислы  азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при  высоких температурах, главным образом  в двигателях внутреннего сгорания и котельных установках.

            Обычная дождевая вода, при нормальном природном составе воздуха имеет слабокислую реакцию (рН = 5,5... 5,6). Однако физический захват оседающими частицами воды различных химических веществ, присутствующих в атмосферном воздухе в избыточном количестве, часто приводит к увеличению кислотности и образованию так называемых «кислотных» (или «кислых») осадков - дождя, тумана, росы, града, снега.

            Основная причина образования и выпадения кислотных осадков - наличие в атмосфере оксидов серы и азота, хлористого водорода и иных кислотообразующих соединений. Присутствие в воздухе заметного количества, например, аммиака или ионов кальция (Са²⁺) приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Однако их также принято называть кислотными, ибо они имеют «нестандартную» кислотность и при попадании на почву или в водоем соответственно меняют кислотность последних.

            Диоксид серы S0₂ образуется в больших количествах при сжигании природных органических топлив. В воздухе он подвержен фотохимическим превращениям и дальнейшему окислению с образованием триоксида серы S0₃, гораздо более вредного для окружающей природной среды, чем исходный диоксид. Соединяясь с парами воды, находящимися в воздухе, S0₃ образует серную кислоту H₂S0₄. Наибольшая кислотность наблюдается непосредственно после начала выпадения дождя или снега. В этот момент кислотность может быть значительно выше средней, но в процессе выпадения происходит самоочищение атмосферы и рН приближается к нормальному значению.

Считается, что среди кислотных  осадков наиболее сильной кислой реакцией отличаются кислотные туманы.

Антропогенные выбросы соединений серы и азота характерны практически для любого вида индустриальной деятельности, а их абсолютные потоки в конце XX в. стали сопоставимы с соответствующими геохимическими потоками.

Основной источник оксидов  серы - современная энергетика (теплоэлектростанции, работающие прежде всего на угле), а для оксидов азота - также и транспорт. По существующим оценкам около половины всей серы, поступающей в атмосферу с выбросами типичной электростанции, удаляется из атмосферы с осадками.

• Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и ускоряют процессы коррозии металлов, разрушения зданий, сооружений. Установлено, что в промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельских районах.

Памятники архитектуры так же подвержены негативному влиянию кислотных осадков.  Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО и С0₂), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс. Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу - шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне - Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме. Многочисленны примеры разрушения памятников истории и культуры, изготовленных из природных минералов (мрамора, известняка и др.).

Кислотные осадки представляют для человека опасность как при  косвенном воздействии (путем изменения  объектов окружающей среды), так и при непосредственном контакте.

Излишнее количество кислоты  в почве ведет к ее закислению, нарушает биологическое равновесие. Кроме того, кислотами из почвы выщелачиваются тяжелые металлы, далее усваиваемые растениями. Последние передают повышенную дозу тяжелых металлов животным, через которых (или непосредственно из растений) они поступают в организм человека. Так же человек вынужден потреблять питьевую воду, загрязненную токсическими металлами - ртутью, свинцом, кадмием и т.п.

В регионах, где почва  и дно водоема содержат значительные количества щелочных веществ (например, известняка), кислотные осадки не наносят большого вреда, поскольку нейтрализуются.

В других регионах, характеризующихся  наличием преимущественно гранитов или иных силикатных пород, неспособных нейтрализовать доминирующие кислотные дожди, величина рН воды в озерах, реках, а также в лесных и сельскохозяйственных почвах понижается.

В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских  стран снег в горах окрасился  в серый цвет, листва с деревьев раньше времени устлала землю. Многие озера оказались настолько закислены, что рыба не могла не только нереститься в них, но и просто выжить. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед - кислотные дожди.

Наиболее опасно подкисление  океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых сетей и глубоко нарушить экологическое равновесие в Мировом океане.

Тем не менее кислотные осадки столь вредоносны не для всех озер, а только для тех, чей водосборный бассейн не обладает способностью к нейтрализации кислотных добавок. Если подстилающие породы (например, граниты или гнейсы) устойчивы к растворению, то и озерам характерна «мягкая» вода, а если в подстилающих породах присутствует известняк, то вода становится «жесткой» (содержащей много солей). Озера последнего типа лучше «сопротивляются» закислению воды. Наряду с подстилающими породами на чувствительность озер к кислотным дождям аналогичным образом воздействуют и местные почвы. Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы небеспредельны.

Наибольший ущерб от кислотных  осадков наблюдается в лесах  с глинистой и алюмосиликатными почвами. Они уничтожают полезные почвенные бактерии, через корневую систему поступают в древесину и далее действуют как клеточные яды.

По аналогичной схеме  при подкислении среды начинается действие и других токсичных элементов, в том числе ртути и свинца.

• Установлено, что кислотные осадки повреждают растительность, снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов.

 Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Первоначально снижается продуктивность лесов, а потом леса начинают гибнуть. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. По данным многочисленных наблюдений, наиболее чувствительны хвойные породы деревьев, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.